Name: fabrication and characterization of layer-by-layer janus base nano-matrix to promote cartilage regeneration
Uploaded: 2022-07-06T13:20:00
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Este trabalho é apoiado pelos subsídios do NIH 7R01AR072027 e 7R03AR069383, NSF Career Award 1905785, NSF 2025362 e pela Universidade de Connecticut. Este trabalho também é apoiado em parte pela concessão do NIH S10OD016435.

1. Síntese dos JBNts
<ol><li>Preparar o monômero JBNt utilizando métodos previamente publicados, envolvendo a síntese de uma variedade de compostos12.</li>
	<li>Purificar o monómero bruto JBNt depois de ter sido sintetizado com cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) utilizando uma coluna de fase reversa. Use o solvente A: 100% água, o solvente B: 100% acetonitrila e o solvente C: solução de água HCl com pH = 1. Use uma taxa de fluxo de 3 mL/min. Coletar o mai...

<ol>
	<li>Chan, B. P., Leong, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaffolding+in+tissue+engineering:+general+approaches+and+tissue-specific+considerations.">Scaffolding in tissue engineering: general approaches and tissue-specific considerations.</a> European Spine Journal. 17, 467-479 (2008).</li><li>Heo, D. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+bioprinting+of+carbohydrazide-modified+gelatin+into+microparticle-suspended+oxidized+alginate+for+the+fabrication+of+complex-shaped+tissue+constructs.">3D bioprinting of carbohydrazide-modified gelatin into microparticle-suspended oxidized alginate for the fabrication of complex-shaped tissue constructs.</a> ACS Applied Material Interfaces. 12 (18), 20295-20306 (2020).</li><li>Almeida, H. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anisotropic+shape-memory+alginate+scaffolds+functionalized+with+either+type+i+or+type+ii+collagen+for+cartilage+tissue+engineering.">Anisotropic shape-memory alginate scaffolds functionalized with either type i or type ii collagen for cartilage tissue engineering.</a> Tissue Engineering. Part A. 23 (1-2), 55-68 (2017).</li><li>Vinatier, C., Guicheux, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cartilage+tissue+engineering:+From+biomaterials+and+stem+cells+to+osteoarthritis+treatments.">Cartilage tissue engineering: From biomaterials and stem cells to osteoarthritis treatments.</a> Annals of Physical and Rehabilitation Medicine. 59 (3), 139-144 (2016).</li><li>Filardo, G., Kon, E., Roffi, A., Di Martino, A., Marcacci, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaffold-based+repair+for+cartilage+healing:+a+systematic+review+and+technical+note.">Scaffold-based repair for cartilage healing: a systematic review and technical note.</a> Arthroscopy. 29 (1), 174-186 (2013).</li><li>James, A. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+the+clinical+side+effects+of+bone+morphogenetic+protein-2.">A review of the clinical side effects of bone morphogenetic protein-2.</a> Tissue Engineering. Part B, Reviews. 22 (4), 284-297 (2016).</li><li>Blaney Davidson, E. N., vander Kraan, P. M., vanden Berg, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=TGF-beta+and+osteoarthritis.">TGF-beta and osteoarthritis.</a> Osteoarthritis Cartilage. 15 (6), 597-604 (2007).</li><li>Chen, Y., Yang, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intra-articular+drug+delivery+systems+for+arthritis+treatment.">Intra-articular drug delivery systems for arthritis treatment.</a> Rheumatology Current Research. 2, 106 (2012).</li><li>Liu, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suppressing+mesenchymal+stem+cell+hypertrophy+and+endochondral+ossification+in+3D+cartilage+regeneration+with+nanofibrous+poly(l-lactic+acid)+scaffold+and+matrilin-3.">Suppressing mesenchymal stem cell hypertrophy and endochondral ossification in 3D cartilage regeneration with nanofibrous poly(l-lactic acid) scaffold and matrilin-3.</a> Acta Biomaterialia. 76, 29-38 (2018).</li><li>Song, S., Chen, Y., Yan, Z., Fenniri, H., Webster, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembled+rosette+nanotubes+for+incorporating+hydrophobic+drugs+in+physiological+environments.">Self-assembled rosette nanotubes for incorporating hydrophobic drugs in physiological environments.</a> International Journal of Nanomedicine. 6, 101-107 (2011).</li><li>Zhou, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembled+biomimetic+Nano-Matrix+for+stem+cell+anchorage.">Self-assembled biomimetic Nano-Matrix for stem cell anchorage.</a> Journal of Biomedical Materials Research. Part A. 108 (4), 984-991 (2020).</li><li>Zhou, L., Yau, A., Zhang, W., Chen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+a+biomimetic+nano-matrix+with+janus+base+nanotubes+and+fibronectin+for+stem+cell+adhesion.">Fabrication of a biomimetic nano-matrix with janus base nanotubes and fibronectin for stem cell adhesion.</a> Journal of Visualized Experiments. (159), e61317 (2020).</li><li>Chen, Y., Song, S., Yan, Z., Fenniri, H., Webster, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembled+rosette+nanotubes+encapsulate+and+slowly+release+dexamethasone.">Self-assembled rosette nanotubes encapsulate and slowly release dexamethasone.</a> International Journal of Nanomedicine. 6, 1035-1044 (2011).</li><li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembled+rosette+nanotube/hydrogel+composites+for+cartilage+tissue+engineering.">Self-assembled rosette nanotube/hydrogel composites for cartilage tissue engineering.</a> Tissue Engineering. Part C, Methods. 16 (6), 1233-1243 (2010).</li><li>Yu, H., Chen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+biomedical+techniques+for+gene+delivery.">Advanced biomedical techniques for gene delivery.</a> Recent Patents on Biomedical Engineering (Discontinued). 5 (1), 23-28 (2012).</li><li>Muttigi, M. S., Han, I., Park, H. K., Park, H., Lee, S. 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B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Matrilin3/TGFbeta3+gelatin+microparticles+promote+chondrogenesis,+prevent+hypertrophy,+and+induce+paracrine+release+in+MSC+spheroid+for+disc+regeneration.">Matrilin3/TGFbeta3 gelatin microparticles promote chondrogenesis, prevent hypertrophy, and induce paracrine release in MSC spheroid for disc regeneration.</a> NPJ Regenerative Medicine. 6 (1), 50 (2021).</li><li>Muttigi, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Matrilin-3+codelivery+with+adipose-derived+mesenchymal+stem+cells+promotes+articular+cartilage+regeneration+in+a+rat+osteochondral+defect+model.">Matrilin-3 codelivery with adipose-derived mesenchymal stem cells promotes articular cartilage regeneration in a rat osteochondral defect model.</a> Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 12 (3), 667-675 (2018).</li><li>Jayasuriya, C. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Matrilin-3+chondrodysplasia+mutations+cause+attenuated+chondrogenesis,+premature+hypertrophy+and+aberrant+response+to+TGF-beta+in+chondroprogenitor+cells.">Matrilin-3 chondrodysplasia mutations cause attenuated chondrogenesis, premature hypertrophy and aberrant response to TGF-beta in chondroprogenitor cells.</a> International Journal of Molecular Sciences. 15 (8), 14555-14573 (2014).</li><li>Poniatowski, L. 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T., Chen, Y., Liu, W., Chen, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+tissue+microenvironment+on+stem+cell-based+cartilage+repair.">The influence of tissue microenvironment on stem cell-based cartilage repair.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. 1383 (1), 21-33 (2016).</li><li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deficient+mechanical+activation+of+anabolic+transcripts+and+post-traumatic+cartilage+degeneration+in+matrilin-1+knockout+mice.">Deficient mechanical activation of anabolic transcripts and post-traumatic cartilage degeneration in matrilin-1 knockout mice.</a> PLoS One. 11 (6), 0156676 (2016).</li><li>Zhou, L., Zhang, W., Lee, J., Kuhn, L., Chen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+self-assembly+of+DNA-mimicking+nanotubes+to+form+a+layer-by-layer+scaffold+for+homeostatic+tissue+constructs.">Controlled self-assembly of DNA-mimicking nanotubes to form a layer-by-layer scaffold for homeostatic tissue constructs.</a> ACS Applied Material Interfaces. 13 (43), 51321-51332 (2021).</li><li>Belluoccio, D., Schenker, T., Baici, A., Trueb, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+human+matrilin-3+(MATN3).">Characterization of human matrilin-3 (MATN3).</a> Genomics. 53 (3), 391-394 (1998).</li><li>Yau, A., Yu, H., Chen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=mRNA+detection+with+fluorescence-base+imaging+techniques+for+arthritis+diagnosis.">mRNA detection with fluorescence-base imaging techniques for arthritis diagnosis.</a> Journal of Rheumatology Research. 1 (2), 39-46 (2019).</li><li>Lee, J., Sands, I., Zhang, W., Zhou, L., Chen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA-inspired+nanomaterials+for+enhanced+endosomal+escape.">DNA-inspired nanomaterials for enhanced endosomal escape.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 118 (19), (2021).</li><li>Zhang, W., Chen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+engineering+of+DNA-inspired+Janus+base+nanomaterials.">Molecular engineering of DNA-inspired Janus base nanomaterials.</a> Juniper Online Journal Material Science. 5 (4), 555670 (2019).</li><li>Yau, A., Sands, I., Chen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nano-scale+surface+modifications+to+advance+current+treatment+options+for+cervical+degenerative+disc+disease+(CDDD).">Nano-scale surface modifications to advance current treatment options for cervical degenerative disc disease (CDDD).</a> Journal of Orthopedic Research and Therapy. 4 (9), 1147 (2019).</li><li>Mello, M. A., Tuan, R. 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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+osteoblast+functions+in+the+presence+of+BMP-7+short+peptides+for+nanostructured+biomaterial+applications.">Increased osteoblast functions in the presence of BMP-7 short peptides for nanostructured biomaterial applications.</a> Journal of Biomedical Materials Research. 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O objetivo deste estudo é desenvolver uma plataforma de andaimes biomiméticos, o JBNm, para superar as limitações dos construtos teciduais convencionais que dependem de ambientes de cultura celular para mediar a diferenciação celular. O JBNm é um andaime de estrutura camada por camada para uma construção de tecido cartilaginoso autossustentável. O design inovador é baseado em novos nanomateriais inspirados no DNA, os JBNts. O JBNm, composto por JBNts30, TGF-β1 e matrilina-3, é montado...

Os andaimes na engenharia de tecidos desempenham um papel vital no fornecimento de suporte estrutural para a fixação celular e subsequente desenvolvimento tecidual1. Normalmente, as construções de tecidos convencionais sem qualquer andaime dependem do ambiente de cultura celular e adicionam fatores de crescimento para mediar a diferenciação celular. Além disso, essa adição de moléculas bioativas em andaimes é frequentemente a abordagem preferida para orientar a diferenciação e a função celular 2,3. Alguns andaimes podem imitar o microambiente bioquímico dos tecidos nativos de forma independente, enquanto outros podem influenciar diretamente as funções celulares através de fatores de crescimento. No entanto, os pesquisadores frequentemente encontram desafios na seleção de andaimes que poderiam afetar positivamente a adesão, o crescimento e a diferenciação celular, ao mesmo tempo em que fornecem suporte estrutural e estabilidade ideais por um longo período 4,5. As moléculas bioativas são muitas vezes frouxamente ligadas ao andaime, levando à rápida liberação dessas proteínas após a implantação, resultando em sua liberação em locais indesejados. Isso culmina em efeitos colaterais em tecidos ou células que não foram intencionalmente direcionados 6,7.
Os andaimes são tipicamente feitos de materiais poliméricos. A nanomatriz de base Janus (JBNm) é uma plataforma de andaime biomimético criada com um novo método camada por camada para construção de tecido cartilaginoso autossustentável8. Esses novos nanotubos inspirados em DNA foram nomeados nanotubos de base Janus (JBNts), pois imitam adequadamente a estrutura e a química da superfície do colágeno encontrada na matriz extracelular (ECM). Com a adição de moléculas bioativas, como a matrilina-3 e o Fator Transformador de Crescimento Beta-1 (TGF-β1), o JBNm pode criar um microambiente ideal que pode, então, estimular a funcionalidade celular e tecidual desejada9.
JBNts são novos nanotubos derivados de versões sintéticas da nucleobase adenina e timina. Os JBNts são formados através da auto-montagem10; seis nucleobases sintéticas se ligam para formar um anel, e esses anéis sofrem interações de empilhamento π-π para criar um nanotubo de 200-300 μm de comprimento11. Estes nanotubos são estruturalmente semelhantes às proteínas de colagénio; ao imitar um aspecto do microambiente da cartilagem nativa, os JBNts demonstraram fornecer um local de fixação favorável para condrócitos e células-tronco mesenquimais humanas (hMSCs)11,12,13,14. Como os nanotubos são submetidos à automontagem e não requerem nenhum tipo de iniciador (como a luz UV), eles mostram um potencial excitante como um andaime injetável para áreas de defeitos de difícil acesso15.
A matrilina-3 é uma proteína da matriz extracelular estrutural encontrada na cartilagem. Essa proteína desempenha um papel significativo na condrogênese e na função adequada da cartilagem16,17. Recentemente, tem sido incluída em andaimes de biomateriais, incentivando a condrogênese sem hipertrofia 9,18,19. Ao incluir esta proteína no JBNm, as células da cartilagem são atraídas por um andaime que contém componentes semelhantes ao do seu microambiente nativo. Além disso, foi demonstrado que a matrilina-3 é necessária para a sinalização adequada do TGF-β1 dentro dos condrócitos20. Os fatores de crescimento funcionam como moléculas de sinalização, causando o crescimento específico de uma determinada célula ou tecido. Assim, para alcançar a regeneração ideal da cartilagem, a matrilina-3 e o TGF-β1 são componentes essenciais dentro do JBNm. A adição de TGF-β1 no andaime camada por camada pode promover ainda mais a regeneração da cartilagem em uma construção de tecido. O TGF-β1 é um fator de crescimento empregado para incentivar o processo de cicatrização de defeitos osteocondrais, incentivando a proliferação e diferenciação de condrócitos e hMSC21,22. Assim, o TGF-β1 desempenha um papel fundamental na regeneração da cartilagem JBNm (J/T/M JBNm)23, incentivando o crescimento adequado, especialmente quando está localizado dentro das camadas JBNm.
Como mencionado anteriormente, os fatores de crescimento são tipicamente montados do lado de fora dos andaimes sem métodos específicos de incorporação. Aqui, com a nanoarquitetura precisamente projetada dos biomateriais, o JBNm foi desenvolvido para o direcionamento específico de células e tecidos pretendidos. O JBNm é composto por TGF-β1 aderido em superfícies JBNt na camada interna e matrilina-3 aderido em superfícies JBNt na camada externa24,25. A incorporação do TGF-β1 na camada interna da estrutura camada por camada permite um microambiente altamente localizado ao longo das fibras JBNm, criando uma construção tecidual homeostática com uma liberação muito mais lenta da proteína12. A injetabilidade do JBNm o torna uma construção de tecido cartilaginoso ideal para várias aplicações futuras de biomateriais26.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>10 % Normal Goat Serum</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>50062Z</td>
			<td>Agent used to block nonspecific antibody binding actions during staining.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24-well plate</td>
			<td>Corning</td>
			<td>07-200-740</td>
			<td>24-well plate used for comparative cell culture.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>384-Well Black Untreated Plate</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>262260</td>
			<td>384-well plate used for absorption measurements.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8-well chambered coverglass</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>155409PK</td>
			<td>8-well coverglass used for comparative cell culture.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96-well flat bottom</td>
			<td>Corning</td>
			<td>07-200-91</td>
			<td>96-well plate used for comparative cell culture.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96-Well Plate non- treated</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>260895</td>
			<td>96-well plate used for comparative cell culture and analysis.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose Gel</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A9539</td>
			<td>Hydrogel used for cell culture.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose Gel</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A9539</td>
			<td>Hydrogel used as an environment for cell culture.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor Microscale Protein Labeling Kit</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>A30006 (488) and A30007 (555)</td>
			<td>Fluorescent dye used to label proteins.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Collagen X Antibody</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>41-9771-82</td>
			<td>Antibody used to stain collagen-X.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bio-Rad PCR Machine</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td></td>
			<td>Equipment used to perform PCR on samples.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C28/I2 Chondrocyte Cell Line</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Cells used to analyze proliferative abilities of various samples.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell Counting Kit 8</td>
			<td>Milipore Sigma</td>
			<td>96992</td>
			<td>Cell proliferation assay.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell Profiler</td>
			<td>Broad Institute</td>
			<td></td>
			<td>Software used to analyze cell images.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cryostat Microtome</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Equipment used to produce thin segments of samples for use in staining and microscopy.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAPI</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>D1306</td>
			<td>Blue fluorescent stain that binds to adenine-thymine DNA regions.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable cuvettes</td>
			<td>FISHER Scientific</td>
			<td>14-955-128</td>
			<td>Container used for spectrophotometry.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM Cell Culture Medium</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>10566032</td>
			<td>Media used to support cellular growth.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum</td>
			<td>GIBCO</td>
			<td>A4766801</td>
			<td>Serum used in cell culture medium to support cell growth.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluoromount-G Mounting Medium</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>00-4958-02</td>
			<td>Solution used to mount slides for immunostaining.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formaldehyde</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Compound used to fix samples prior to microtoming.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>A16110</td>
			<td>Antibody used for protein staining.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human Mesenchymal Stem Cells</td>
			<td>LONZA</td>
			<td>PT-2501</td>
			<td>Cells used to analyze differentiative abilities of various samples.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human Mesenchymal Stem Chondrogenic Medium</td>
			<td>LONZA</td>
			<td>PT-3003</td>
			<td>Cell medium used to promote chondrogenic differentiation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ</td>
			<td>National Institutes of Health</td>
			<td></td>
			<td>Image analysis software used in conjunction with microscopy.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>itaq Universal SYBR Green One-Step Kit</td>
			<td>BioRad</td>
			<td>1725150</td>
			<td>Kit used for PCR.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Janus-base nanotubes (JBNts)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Nanotube made from synthetic nucleobases to act as cell scaffolding tool.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LaB6 20-120 kV Transmission Electronic Microscope</td>
			<td>Tecnai</td>
			<td></td>
			<td>Equipment used to perform transmission electron microscopy on a sample.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td></td>
			<td>Statistical software used for modeling and data analysis.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matrilin-3</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>3017MN050</td>
			<td>Structural protein used as adhesion sites for chondrocytes.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoDrop Spectrophotometer</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td></td>
			<td>Equipment used to measure absorption values of a sample.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon A1R Spectral Confocal Microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>A1R HD25</td>
			<td>Confocal microscope used to analyze samples.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Number 1.5 Chamber Coverglass</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>152250</td>
			<td>Environment for sterile cell culture and imaging.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optimal Cutting Temperature Compound Reagent</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Compound used to embed cells prior to microtoming.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>AAJ19943K2</td>
			<td>Compound used to fix cells.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PDC-32G Plasma Cleaner</td>
			<td>Harrick Plasma</td>
			<td></td>
			<td>Cleaner used to prepare grids prior to transmission electron microscopy.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>penicillin-streptomycin</td>
			<td>GIBCO</td>
			<td>15-140-148</td>
			<td>Antibiotic agent used to discourage bacterial growth during cell culture.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffered Saline</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>10010023</td>
			<td>Solution used to wash cell medium and act as a buffer during experimentation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhodamine-phalloidin</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>R415</td>
			<td>F-Actin red fluorescent dye.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rneasy Plant Mini Kit</td>
			<td>QIAGEN</td>
			<td>74904</td>
			<td>Kit used to filter and homogenize samples during RNA extraction.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose Solution</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Solution used to process samples prior to microtoming.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TGF beta-1 Human ELISA Kit</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>BMS249-4</td>
			<td>Assay kit used to determine the presence of TGF-&#946;1 in a sample.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TGF-&#946;1</td>
			<td>PEPROTECH</td>
			<td>100-21C</td>
			<td>Growth factor used for the stimulation of chondrogenic differentiation and proliferation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton-X</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>HFH10</td>
			<td>Compound used to lyse cells not fixed during staining process.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TRIzol Reagent</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>15596026</td>
			<td>Reagent used to isolate RNA.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zetasizer Nano ZS</td>
			<td>Malvern Panalytical</td>
			<td></td>
			<td>Equipment used to measure zeta-potential values of a sample.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication and characterization of layer-by-layer janus base nano-matrix to promote cartilage regeneration

Vários andaimes de biomateriais foram desenvolvidos para orientar a adesão e proliferação celular, na esperança de promover funções específicas para usos in vitro e in vivo. A adição de fatores de crescimento a esses andaimes de biomateriais é geralmente feita para fornecer um ambiente ideal de cultura celular, mediando a diferenciação celular e suas funções subsequentes. No entanto, os fatores de crescimento em um andaime de biomaterial convencional são tipicamente projetados para serem liberados após a implantação, o que pode resultar em efeitos colaterais não intencionais no tecido ou nas células circundantes. Aqui, a nanomatriz de base Janus inspirada no DNA (JBNm) alcançou com sucesso um microambiente altamente localizado com uma estrutura camada por camada para construções de tecido cartilaginoso autossustentáveis. Os JBNms são auto-montados a partir de nanotubos de base Janus (JBNts), matrilina-3 e fator de crescimento transformador beta-1 (TGF-β1) via bioafinidade. O JBNm foi montado na proporção TGF-β1:matrilina-3:JBNt de 1:4:10, pois esta foi a razão determinada na qual a montagem adequada na estrutura camada por camada poderia ocorrer. Primeiramente, a solução de TGF-β1 foi adicionada à solução de matrilina-3. Em seguida, esta mistura foi pipetada várias vezes para garantir homogeneidade suficiente antes da adição da solução JBNt. Isso formou o JBNm camada por camada, depois de pipetar várias vezes novamente. Uma variedade de experimentos foi realizada para caracterizar a estrutura JBNm camada por camada, JBNts sozinho, matrilina-3 sozinho e TGF-β1 sozinho. A formação do JBNm foi estudada com espectros de absorção UV-Vis, e a estrutura do JBNm foi observada com microscopia eletrônica de transmissão (MET). À medida que o inovador andaime JBNm camada por camada é formado em escala molecular, o JBNm marcado com corante fluorescente pôde ser observado. O TGF-β1 é confinado dentro da camada interna do JBNm injetável, o que pode impedir a liberação de fatores de crescimento para áreas circundantes, promover condrogênese localizada e promover um microambiente anti-hipertrófico.

Seguindo o protocolo, os JBNts foram sintetizados com sucesso e caracterizados com absorção de UV-Vis e MET. O JBNm é um andaime sólido injetável que passa por um rápido processo biomimético. Após a adição de JBNts a uma mistura de solução de TGF-β1/matrilina-3 em ambiente fisiológico, formou-se um andaime sólido de malha branca, indicando a montagem bem-sucedida do JBNm, como pode ser observado na Figura 1. Isso foi demonstrado nos métodos de caracterização.
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Fabrication and Characterization of Layer-By-Layer Janus Base Nano-Matrix to Promote Cartilage Regeneration

Este protocolo descreve a montagem de um andaime de nanomatriz de base Janus (JBNm) camada por camada, adicionando nanotubos de base Janus (JBNts), matrilina-3 e Fator de Crescimento Transformador Beta-1 (TGF-β1) sequencialmente. O JBNm foi fabricado e caracterizado; além disso, apresentou excelente bioatividade, estimulando funções celulares como adesão, proliferação e diferenciação.

Fabricação e Caracterização de Nano-Matriz de Base Janus Camada por Camada para Promover a Regeneração da Cartilagem

Various biomaterial scaffolds have been developed to guide cell adhesion and proliferation in hopes to promote specific functions for in vitro and in vivo ...

Este protocolo mostra como montamos e caracterizamos a camada por camada JBNm em um nível molecular. O JBNm encapsula o TGF-B1 e impede sua liberação no tecido circundante, promovendo assim a condrogênese localizada. A formação do JBNm é padronizada, permitindo que diferentes JBNms sejam formados para futuras aplicações.A estrutura única camada por camada permite o encapsulamento do fator de crescimento, criando uma liberação localizada constante, o que evita a hipertrofia e sustenta o crescimento. O JBNm fornece um microambiente homeostático para a regeneração do tecido cartilaginoso, dentro de um local confinado, devido à sua injetabilidade, que pode ser usada para diferentes cenários, como fraturas ou cavidades de forma irregular. Para começar, adicione oito microlitros de um miligrama por mililitro de TGF-B1, suspenso em água a 32 microlitros de um miligrama por mililitro de Matrilin-3 suspenso em água.Pipeta para garantir a mistura adequada dessas proteínas. Adicione 80 microlitros de um miligrama por mililitro. Nanotubos de base de Janus, ou JBNts suspensos em água, para a solução de TGF-B1, Matrilin-3.Pipeta repetidamente para garantir a mistura adequada. Para o grupo JBNt, adicione cinco microlitros de um miligrama por mililitro, JBNts a 50 microlitros de água para fazer uma solução de 90,9 microgramas por mililitro. Para o grupo Matrilin-3, adicione 40 microlitros de 10 microgramas por mililitro de Matrilin-3 a 15 microlitros de água, para fazer uma solução de 7,3 microgramas por mililitro.Para o grupo TGF-B1, adicione 10 microlitros de 10 microgramas por mililitro, de TGF-B1 a 45 microlitros de água, para fazer uma solução de 1,8 micrograma por mililitro. Para o grupo Janus Base Nano-Matrix ou JBNm, adicione 40 microlitros de 10 microgramas por mililitro, Matrilin-3 a 10 microlitros de 10 microgramas por mililitro de TGF-B1. Agite para garantir uma mistura adequada.Em seguida, adicione cinco microlitros de um miligrama por mililitro JBNts à solução, repetidamente pipetando para misturar a amostra. Usando um espectrofotômetro, meça o espectro de absorção de cada grupo. Rotule o TGF-B1 usando um kit de rotulagem de proteínas, seguindo as instruções do fabricante.Adicione 20 microlitros de 20 microgramas por mililitro, rotulados TGF-B1, a 25 microlitros de água, para fazer uma solução de teste de 8,9 microgramas por mililitro. Rotule o Matrilin-3 usando um kit de rotulagem separado. Adicione 20 microlitros de 80 microgramas por mililitro rotulado Matrilin-3 a 25 microlitros de água, para fazer uma solução de teste de 36 microgramas por mililitro.Misture 20 microlitros de 80 microgramas por mililitro rotulado Matrilin-3 com 20 microlitros de 20 microgramas por mililitro rotulado TGF-B1 e cinco microlitros de água, resultando em um composto TGF-B1, Matrilin-3 rotulado. Pipetar a mistura várias vezes para misturar. Adicione cinco microlitros de um miligrama por mililitro JBNts a 40 microlitros de água, resultando em uma solução de 111 microgramas por mililitro.Em seguida, adicione cinco microlitros de um miligrama por mililitro JBNts à solução de TGF-B1, Matrilin-3 rotulada e repetidamente pipeta para misturar o composto. Transfira cada grupo de amostras para o poço de uma placa preta de 384 poços. Carregue a placa em um leitor de microplacas multimodo e faça medições em comprimentos de onda de excitação de 488 e 555 nanômetros seguindo os protocolos do fabricante.Em condições fisiológicas, o espectro potencial zeta da Matrilina-3 foi carregado negativamente devido ao seu ponto isoelétrico. Após a adição do TGF-B1 ao Matrilin-3, o potencial zeta do composto TGF-B1 Matrilin-3 aumentou para um valor quase neutro. O potencial zeta do JBNm foi o maior entre os três grupos.Os espectros de absorção visível UV confirmaram a formação da estrutura interior camada por camada do JBNm, os anéis aromáticos das cadeias laterais de lisina e os JBNts contribuíram para os picos de absorção, a 220 e 280 nanômetros, respectivamente. O ETM foi utilizado para caracterizar a morfologia dos JBNts e JBNm. Após a combinação com proteínas, feixes espessos de JBNm foram observados formando uma estrutura de andaime.A microscopia de fluorescência confirmou a presença da estrutura camada por camada e demonstrou a seção transversal do JBNm. Após a marcação, a fluorescente vermelha Matrilin-3 envolveu os feixes JBNt e formou a camada externa do JBNm, enquanto a fluorescente verde TGF-B1 formou uma camada interna. A transferência de energia de ressonância de fluorescência apresentou picos de emissão de 520 nanômetros para os grupos TGF-B1 marcados e 570 nanômetros para os grupos Matrilin-3.O efeito do JBNm na adesão e proliferação celular do HMSC foi explorado. O JBNm mostrou HMSCs agrupados junto com ele mesmo, enquanto menos células aderiram ao JBNts. O alinhamento das células e o tamanho das células no JBNm demonstraram que o JBNts desempenhou um papel na adesão celular, enquanto as proteínas aumentaram a afinidade da adesão celular.Após o primeiro dia de cultura celular, os grupos JBNm e TGF-B1 apresentaram proliferação celular significativa em comparação com os demais grupos. Quando a duração da estrutura celular foi aumentada para três e cinco dias, os grupos JBNm e TGF-B1 demonstraram ainda mais aumento da proliferação celular. Ao marcar fluorescentemente o JBNm, é importante que o TGF-B1 e o Matrilin-3 sejam rotulados individualmente e misturados antes de adicionar os JBNts, para permitir a formação adequada da estrutura camada por camada.Uma avaliação mais aprofundada do andaime pode fornecer uma compreensão de como eles são eficazes em tratamentos terapêuticos. Mais especificamente, um ensaio de proliferação de alto rendimento pode determinar a dosagem ideal in vitro e, mais tarde, in vivo. Esta nova criação do NanoMatriX permite que os pesquisadores utilizem um andaime injetável à base de nanomateriais para regenerar a cartilagem.Esta abordagem de polimimetização permite uma androgênese aprimorada e a proliferação do contra-local.

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Fabrication and Characterization of a Conformal Skin-like Electronic System for Quantitative, Cutaneous Wound Management

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Fabrication and Characterization of Griffithsin-modified Fiber Scaffolds for Prevention of Sexually Transmitted Infections

Fabricação e caracterização de andaimes de fibra Griffithsin-modificado para a prevenção de doenças sexualmente transmissíveis

Electrospun fibers (EFs) have been widely used in a variety of therapeutic applications; however, they have only recently been applied as a technology to ...

Fabrication and Characterization of Optical Tissue Phantoms Containing Macrostructure

Fabricação e caracterização de espectros ópticos de tecido contendo Macrostructure

The rapid development of new optical imaging techniques is dependent on the availability of low-cost, customizable, and easily reproducible standards. By ...

Fabrication of Decellularized Cartilage-derived Matrix Scaffolds

Fabricação de matriz de cartilagem-derivado Decellularized andaimes

Osteochondral defects lack sufficient intrinsic repair capacity to regenerate functionally sound bone and cartilage tissue. To this extent, cartilage ...